JP2008246646A - レジンボンドワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】芯線の柔軟性を維持することができ、曲げ疲労強度と捻回強度に優れるとともに、芯線の線径の変化量を低減して、加工精度を向上することが可能なレジンボンドワイヤソーを提供する。
【解決手段】芯線は、複数の素線６を撚り合わせて形成されており、この芯線を取り囲むように熱硬化樹脂からなる樹脂層３が形成され、樹脂層３の表面に砥粒４が光硬化性樹脂５によって固定されている。複数の素線６が接することによって、素線６の断面の外接円７を描くことができるが、この断面の外接円７の直径は０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下としている。また、素線６の断面の輪郭線８と、素線６の断面の外接円７とに囲まれた領域Ａの面積が、素線６の断面の外接円７の断面積の３０％以上５５％以下となるようにしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、芯線の柔軟性を高め、曲げ疲労強度と捻回強度に優れるとともに、芯線の線径の変化量を低減したレジンボンドワイヤソーに関する。

固定砥粒ワイヤソーは、その用途に応じて細線のものと太線のものとが使い分けられている。例えば、マルチスライス加工においては、切り代を小さくするために細線化の要求が多く、逆に溝加工に使用する場合には、要求される溝幅に合わせて芯線の径を決める必要があるため、太線化も必要となる。また、加工能率を重視する場合にも、高テンション条件で切断することが要求されるため、太線化が必要となる。

しかし、芯線を太くすると引張強度は高くなるものの、繰り返しの曲げに対する疲労強度や捻りに対する捻回強度が低くなってしまう。このため、ワイヤーの断線率が高くなり寿命も短くなる。この問題点を解決する方法として、第一に、ワイヤソーを取り付ける機械のワークローラー径、ガイドプーリー径、ボビン径をできるだけ大きくしてワイヤーの曲げ曲率を大きくする方法がある。しかし、この方法によると、機械寸法が大きくならざるを得ず、芯線の径に合わせてローラーやプーリーを交換する必要があり、生産性が低下する。

第二に、芯線の材料として繊維線、ステンレス鋼線、銅線等の柔軟性の高い芯線を使用する方法がある。しかし、この方法によると、芯線の柔軟性は高くなるものの、引張強度が低く、ステンレス鋼線や銅線では塑性変形により、くせがつきやすいため、切断精度が悪くなるという問題点がある。

芯線の柔軟性を維持すること等を目的として、複数の素線を撚り合わせて芯線を形成したワイヤソーが、特許文献１、特許文献２に記載されている。確かに、芯線の柔軟性を維持することは、芯線を撚線とすることによりある程度達成できるが、撚線を用いた場合でも、砥粒の固定方法によってワイヤソーの研削性能が影響を受ける。例えば、砥粒を電着めっき法によって固定すると、曲げ疲労強度と捻回強度が低くなり、撚線化したことによる効果が得られにくい。
また、ワイヤソーによる切断加工においては、通常、ワイヤーが高線速で前進と後退を繰り返して往復走行を行いながらワークを切断するため、ワイヤーは前進、後退する際に正転と逆転の自転を繰り返す。撚線の場合には、撚り方向と同じ方向に自転をする場合は特に問題は無いものの、逆方向に自転をする場合は素線が緩んで広がるため、ワイヤー線径が変化して加工精度が低下する。

特開平１１−２７７３９８号公報 特開２００１−３０１７８号公報

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、芯線の柔軟性を維持することができ、曲げ疲労強度と捻回強度に優れるとともに、芯線の線径の変化量を低減して、加工精度を向上することが可能なレジンボンドワイヤソーを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明のレジンボンドワイヤソーは、複数の素線を撚り合わせて形成された芯線を取り囲むように第一の樹脂からなる樹脂層が形成され、前記樹脂層表面に砥粒が第二の樹脂で固定されたレジンボンドワイヤソーであって、複数の素線断面の外接円の直径が０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下であり、素線断面の輪郭線と素線断面の外接円とに囲まれた領域の断面積が、素線断面の外接円の断面積の３０％以上５５％以下であることを特徴とする。

複数の素線を撚り合わせて形成された芯線を取り囲むように樹脂層が形成されているため、素線が緩んで広がろうとしても、柔軟性の高い樹脂層が素線の緩みを吸収し、素線同士が密着するように機能するため、芯線の緩みを低減することができる。そのため素線を撚り合わせて芯線を形成しても芯線の線径の変化量が小さくなり、素線を撚り合わせたことによる柔軟性を維持しつつ加工精度を向上することができる。また、レジンボンドワイヤソーであるため、電着ワイヤソーと比較して曲げ疲労強度と捻回強度に優れている。

撚線ではなく単線の芯線を用いる場合には、芯線の直径が０．２０ｍｍ以上になると、芯線の柔軟性が低下して曲げ疲労強度と捻回強度が低下し、使用することができなくなるが、複数の素線を撚り合わせて芯線を形成すると、複数の素線断面の外接円の直径が０．２０ｍｍ以上となっても、芯線の柔軟性が低下せず、曲げ疲労強度と捻回強度を確保することができる。複数の素線断面の外接円の直径が０．２０ｍｍ未満であると、単線の芯線を用いるときと柔軟性の点で同等となるため、撚線とする利点が少なくなる。
また、複数の素線断面の外接円の直径が０．４０ｍｍを超えると、０．２０ｍｍを超える素線を使用する必要があるため、柔軟性が低下して好ましくない。

素線断面の輪郭線と素線断面の外接円とに囲まれた領域の断面積が、素線断面の外接円の断面積の３０％以上５５％以下であることにより、カッティングポイントへの研削液供給量と切粉の排出量を向上することができ、ワイヤソーの寿命と加工能率が向上する。
素線断面の輪郭線と素線断面の外接円とに囲まれた領域の断面積が、素線断面の外接円の断面積の３０％未満であると、撚線としたことによる研削液供給量と切粉の排出を向上させる効果が低くなって単線の場合と変わらなくなり、５５％を超えると、素線を不安定な状態で撚り合わせることになり好ましくない。このメカニズムについては、後に図を用いて詳述する。

本発明においては、樹脂層を構成する第一の樹脂は熱硬化樹脂であることが好ましい。熱硬化樹脂は硬化時に収縮が大きいため、収縮時に素線の隙間に入り込んで素線を密着させる効果が大きい。また、収縮することにより撚線表面に沿って樹脂層を形成させることが容易となる。
また、樹脂層の弾性率が５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下であり、前記樹脂層の厚みが２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
樹脂層の弾性率が５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下であることにより、柔軟性の高い樹脂が素線の緩みを好適に吸収して、芯線の線径の変化量を小さくすることができるため加工精度を向上することができる。また、この範囲の弾性率を有する樹脂は加工時の衝撃を緩和する効果もあるため、チッピングやワーク切断表面の加工変質層厚みを小さくすることができる。ここで、加工変質層厚みとは、加工時に砥粒がワークに食い込む際の衝撃により切断表面に発生する変質層のことであり、この変質層は後工程のラップ加工、ポリッシュ加工により取り除かれるものである。従って、加工変質層の厚みを小さくすることで材料の歩留りを良くすることができ、後工程の加工時間を短縮することができる。
樹脂層の弾性率が５００ＭＰａ未満であると、素線同士を密着させる効果が少なく、また加工時に砥粒が樹脂層に沈み込むために切れ味が低下するため好ましくない。また、２０００ＭＰａを超えると、柔軟性が低く硬くて脆いため、加工時の負荷や振動により芯線から樹脂が剥離してしまうため好ましくない。

また、樹脂層の厚みが２μｍ以上１０μｍ以下であることにより、樹脂層の硬化時間が長くなることによる、熱による引張強度低下が発生することを防止することができる。樹脂層の厚みが２μｍ未満であると、素線同士を密着させる効果が少なく、また素線の緩みを吸収することができないため好ましくなく、１０μｍを超えると、樹脂を硬化させる際の加熱時間が長くなり、その加熱により素線の強度が低下するため好ましくない。

本発明においては、素線の撚りピッチが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。
素線の撚りピッチが５ｍｍ未満であると、撚り回数が多くなるため素線の強度が低下してしまうため好ましくなく、２０ｍｍを超えると、素線の緩みが大きくなり、芯線の線径が変化して加工精度が低下する。

本発明においては、砥粒を固定する第二の樹脂は光硬化性樹脂であることが好ましい。
光硬化性樹脂は硬化時に加熱する必要が無いため、熱硬化樹脂のように、熱の影響で引張強度が低下することがない。光硬化性樹脂としては例えば、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂、可視光硬化樹脂を用いることができる。

本発明によると、芯線の柔軟性を維持することができ、曲げ疲労強度と捻回強度に優れるとともに、芯線の線径の変化量を低減して、加工精度を向上することが可能なレジンボンドワイヤソーを実現することができる。

以下に、本発明のレジンボンドワイヤソーを、その実施形態に基づいて説明する。
図１、図２に、本発明の実施形態に係るレジンボンドワイヤソーの構成を示す。図１は、ワイヤソーを長手方向に見たときにその構造の一例を示す図であり、図２（ａ）は、レジンボンドワイヤソーの長手方向に対して垂直な方向に切断したときの切断面を示す。

レジンボンドワイヤソー１は、芯線２の外周を取り囲むように熱硬化樹脂からなる樹脂層３が形成され、この樹脂層３の表面に砥粒４が光硬化性樹脂５によって固定されて形成されている。芯線２は、複数の素線６を撚り合わせて形成されている。素線６の長手方向についての撚りピッチは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下としている。

複数の素線６が互いに接することによって、図２（ｂ）に示すように、素線６の断面の外接円７を描くことができるが、この断面の外接円７の直径は０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下としている。また、素線６の断面の輪郭線８と、素線６の断面の外接円７とに囲まれた領域（斜線で示す領域）Ａの面積が、素線６の断面の外接円７の断面積の３０％以上５５％以下となるようにしている。図２（ｃ）に示す樹脂層３の厚みＴは２μｍ以上１０μｍ以下である。

上述した領域Ａの面積の割合は、素線の本数に依存して変化する。図３に基づいて、撚り合わせる素線の本数を変えたときに、レジンボンドワイヤソーの研削性能が変化する理由を説明する。
図３（ａ）は芯線を１本の素線６、すなわち単線で形成したワイヤソーの研削の様子を示し、図３（ｂ）は２本の素線６を撚り合わせて芯線を形成したワイヤソーの研削の様子を示し、図３（ｃ）は７本の素線６を撚り合わせて芯線を形成したワイヤソーの研削の様子を示す。
ワイヤソーによる研削加工は、図３に示すように被削材１０中に溝を作りながら自転して進行するが、被削材１０とワイヤソーとで囲まれた空間で研削液供給と切粉の排出がなされる。この空間の大きさは、芯線をどのようにして形成するかによって異なる。図３（ａ）に示す単線使用のものでは、被削材１０とワイヤソーとで囲まれた空間が小さいのに対して、図３（ｂ）に示す２本の素線を撚り合わせたものでは、上記の空間を大きく確保することができる。しかし、図３（ｃ）に示す７本の素線を撚り合わせたものでは、その断面形状が単線使用のものに近くなり、被削材１０とワイヤソーとで囲まれた空間が小さい。複数の素線を撚り合わせて芯線を形成する場合には、上述した被削材１０とワイヤソーとで囲まれた空間は、撚り合わせる素線の本数によって変わり、図２に基づいて説明した、素線６の断面の輪郭線８と、素線６の断面の外接円７とに囲まれた領域Ａの面積の割合の大小によって決定される。この面積の割合が大きいほど上記の空間が大きくなり、研削液供給と切粉の排出効果が大きくなる。これに関する詳細については、試験結果に基づいて後述する。

本発明のレジンボンドワイヤソーでは、芯線２の外周を取り囲むように樹脂層３が形成されているが、樹脂層３の機能を、図４に基づいて説明する。
図４（ａ）は、撚り合わされた複数の素線６が互いに接している状況を示しており、研削が進行するうちに、素線６が緩んでしまうことがある。図４（ｂ）は、素線６が緩んで、素線６同士の間隔が開いている状況を示しているが、本発明のレジンボンドワイヤソーでは、複数の素線６の外周を取り囲むように樹脂層３が形成されており、この樹脂層３が柔軟性を有しているため、樹脂層３が素線６の緩みを吸収して、芯線２としての形状を維持するように機能する。樹脂層３がこのような機能を有するためには、樹脂層３の弾性率が５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下であり、樹脂層３の厚みが２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。なお、樹脂層３が無い場合は、図４（ｃ）に示すように、素線の緩みが大きくなり、砥粒を固定している光硬化性樹脂が剥離してしまうため、切味と加工精度が著しく低下する。

以下に、試験結果を示す。
図５に示す装置を用いて、ワイヤーの曲げ疲労試験を行った。この試験は、ワイヤーリールが正転・逆転を繰り返すことで、搭載したワイヤーがφ４０のプーリーを介して往復運動を行い、これによるワイヤーの曲げ疲労強度を測定するものである。評価は、２時間往復運動を加えて、断線するか否かによって行い、断線する場合は断線までの時間を測定した。試験結果を表１に示す。

試験結果によると、撚線とすることにより、ワイヤーの径を太くしても断線しにくくなるが、複数の素線断面の外接円の直径が０．４０ｍｍを超えると、柔軟性が低下して断線しやすくなる。

図６（ａ）〜（ｅ）に、素線６の断面の輪郭線と素線６の断面の外接円７とに囲まれた領域の断面積と、素線断面の外接円７の断面積との割合（図６においては面積率と表示）を変えて芯線を形成したサンプルを示す。このサンプルについて、切断試験を行い、その結果を図７に示す。
試験方法は以下の通りである。
マルチワイヤー切断機でシリコンを切断
線速：１０００ｍ／ｍｉｎ
砥粒粒度：＃４００／５００
切込み速度：１．０ｍｍ／ｍｉｎ
ワーク：１５０ｍｍ角
評価方法は、切れ味については、１００ｍｍ切り込んだ際に実際に切断した量と加工時間から加工能率を算出することにより行った。また、切断面のうねりを測定した。

図７に示すように、素線断面の輪郭線と素線断面の外接円とに囲まれた領域の断面積が、素線断面の外接円の断面積の３０％以上５５％以下のときに、切れ味が良好であり、また、うねりも低いレベルで維持されている。これに対し、上記の面積率が３０％未満であると、図３に基づいて説明したメカニズムにより切れ味が低下する。また、上記の面積率が５５％を超えると、図６（ｅ）のもののように、素線を不安定な状態で撚り合わせることになるため、切れ味も加工精度も低下する。

次に、樹脂層を構成する熱硬化樹脂の弾性率を変えて切断試験を行い、その結果を図８に示す。
試験方法は上記の切断試験と同じである。
図８に示すように、樹脂層を構成する熱硬化樹脂の弾性率が５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下のときに、切れ味が良好であり、また、うねりも低いレベルで維持されている。熱硬化樹脂の弾性率が５００ＭＰａを下まわると、樹脂層が軟らかすぎて砥粒が樹脂層に埋まってしまい、切れ味と加工精度が低下する。その一方、熱硬化樹脂の弾性率が２０００ＭＰａを超えると、樹脂層が硬すぎて脆くなるために樹脂の剥離が発生して、切れ味と加工精度が低下する。

次に、径０．１８ｍｍの素線を３本撚り合わせて形成した芯線について、樹脂層の厚みを変えてねじり試験と引張試験を行い、その結果を図９に示す。ねじり試験は、樹脂層を形成した芯線の片側を固定して、その反対側をねじる方法によって行い、評価は、撚り方向と逆方向にねじって、素線がはずれた時のねじり回数を計測して素線密着強度の目安とした。また、引張試験は、樹脂層を形成した芯線を引張る方法によって行い、破断する時の荷重を測定した。

樹脂層の厚みが２μｍを下まわると、樹脂層が薄いために素線密着強度が低下してねじり特性が低下している。その一方、樹脂層の厚みが１０μｍを超えると、樹脂層が厚いため、硬化時間が長くかかり、素線強度が低下する。そのため、樹脂層の厚みは２μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。

次に、径０．１８ｍｍの素線を３本撚り合わせて形成した芯線について、素線の撚りピッチを変えて、引張試験と切断試験を行い、その結果を図１０に示す。引張試験は、樹脂層を形成した芯線を引張ることによって行い、破断する時の荷重を測定した。また、切断試験の条件は上述したものと同じであり、切断面のうねりを測定した。
素線の撚りピッチが５ｍｍ未満のときは、撚り回数が多いため、素線強度が低下している。その一方、素線の撚りピッチが２０ｍｍを超えると、撚り回数が少なくなるため、素線が緩んで精度が低下している。そのため、素線の撚りピッチは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明は、芯線の柔軟性を維持することができ、曲げ疲労強度と捻回強度に優れるとともに、芯線の線径の変化量を低減して、加工精度を向上することが可能なレジンボンドワイヤソーとして利用することができる。

本発明のレジンボンドワイヤソーの構成を示す図である。 本発明のレジンボンドワイヤソーの切断面を示す図である。 撚り合わせる素線の本数を変えたときに、レジンボンドワイヤソーの研削性能が変化することを説明する図である。 樹脂層が形成されていることによる効果を説明する図である。 曲げ疲労試験の試験方法を示す図である。 素線断面の輪郭線と素線断面の外接円とに囲まれた領域の断面積と、素線断面の外接円の断面積との割合を変えて芯線を形成したサンプルを示す図である。 図６に示すサンプルについての切断試験の結果を示す図である。 樹脂層を構成する熱硬化樹脂の弾性率を変えて切断試験を行った結果を示す図である。 樹脂層の厚みを変えてねじり試験と引張試験を行った結果を示す図である。 素線の撚りピッチを変えて引張試験と切断試験を行った結果を示す図である。

符号の説明

１ レジンボンドワイヤソー
２ 芯線
３ 樹脂層
４ 砥粒
５ 光硬化性樹脂
６ 素線
７ 外接円
８ 輪郭線
１０ 被削材
Ａ 領域

Claims (4)

1. 複数の素線を撚り合わせて形成された芯線を取り囲むように第一の樹脂からなる樹脂層が形成され、前記樹脂層表面に砥粒が第二の樹脂で固定されたレジンボンドワイヤソーであって、複数の素線断面の外接円の直径が０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下であり、素線断面の輪郭線と素線断面の外接円とに囲まれた領域の断面積が、素線断面の外接円の断面積の３０％以上５５％以下であることを特徴とするレジンボンドワイヤソー。
2. 前記樹脂層を構成する第一の樹脂が熱硬化樹脂であり、その弾性率が５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下であり、前記樹脂層の厚みが２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のレジンボンドワイヤソー。
3. 前記素線の撚りピッチが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のレジンボンドワイヤソー。
4. 前記第二の樹脂は光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレジンボンドワイヤソー。

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